第三章 第二节 水中无机污染物的迁移转化.ppt

第三章水环境化学第三章水环境化学Aquatic Environmental Chemistry第二节水中无机污染物的迁移转化无机污染物,特别是重金属和准金属等污染物,一旦进入水环境,均不能被生物降解,主要通过沉淀-溶解、氧化-还原、配合作用、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理化学作用进行迁移转化,参与和干扰各种环境化学过程和物质循环过程。一、水-颗粒物间迁移1、水中颗粒物的类别(1)金属水合氧化物Al, Fe, Mn, Si等在天然水中以无机高分子及溶胶等形式存在。Al 在水中的主要形态是Al3+、Al(OH)2+、Al2(OH)24+、Al(OH)2+、Al(OH)3、Al(OH)4-等无机高分子。Fe 在水中的主要形态是Fe3+、Fe(OH)2+、Fe2(OH)24+、Fe(OH)2+、Fe(OH)3、等无机高分子。H 4SiO4 聚合成无机高分子:SinO2n-m(OH)2m。(2)矿物微粒和粘土矿物:主要为石英(SiO2)、长石(KAlSi3O8)、云母及粘土矿物等硅酸盐矿物。粘土矿物:具有胶体性质、片层结构(3)腐殖质:带负电的高分子弱电介质,富里酸、腐殖酸和腐黑物。在不同pH 下,展现不同立体结构。(4)水体悬浮沉积物:粘土为核心骨架,金属氧化物及有机质结合在表面。(5)其他:藻类、细菌、病毒和表面活性剂、油滴等。(1)几种吸附作用概念表面吸附:胶体表面具有巨大的比表面和表面能,胶体表面积越大,吸附作用越强。离子交换吸附:环境中大部分胶体带负电荷,容易吸附各种阳离子。胶体每吸附一部分阳离子,同时也放出等量的其他阳离子,这种作用称为离子交换吸附作用,属于物理化学吸附。该反应是可逆反应,不受温度影响,交换能力与溶质的性质、浓度和吸附剂的性质有关。2、水环境中颗粒物的吸附作用专属吸附:指在吸附过程中,除了化学键作用外,尚有加强的憎水键和范德华力或氢键作用。该作用不单可以使表面点荷改变符号,还可以使离子化合物吸附在同号电荷的表面上。项目离子交换吸附专属吸附作用离子交换作用范德化力、化学键、氢键、增水键电性同种电性不发生同种电性发生表面电荷不变可变动力学快速可逆不可逆慢过程专属吸附特点:1、这种吸附作用发生在胶体双电层的stern层中,被吸附的金属离子进入Stern层后,不能被通常提取交换性阳离子的提取剂提取,只能被亲和力更强的金属离子取代,或是在强酸性条件下解吸。2、它在中性表面甚至在与吸附离子带相同电荷符号的表面也能进行吸附作用。水合氧化物对金属离子(+)的专属吸附与非专属吸附的区别项目非专属吸附专属吸附发生吸附的表面净电荷的符号--、0、+金属离子所起的作用反离子配位离子吸附时所发生的反应阳离子交换配位体交换发生吸附时要求体系的pH值>零电位点任意值吸附发生的位置扩散层内层对表面电荷的影响无负电荷减少正电荷增加(2)吸附等温线和等温式:在固定温度下,当吸附达到平衡时,颗粒物表面的吸附量(G)与溶液中溶质平衡浓度(c)之间的关系可用吸附等温线表达。?Henry型等温线为直线型G = k · c k:分配系数?Freundlich型等温线G = k · c · exp(1/n)lgG = lgk + 1/n lgc?Langmuir型等温线G = G0· c /(A+c) 1/G = 1/G0 + (A/ G0)(1/c) G0——单位表面上达到饱和时间的最大吸附量;A——常数。吸附:指溶液中的溶质在界面层浓度升高的现象。常见的吸附等温线当溶质浓度甚低时,可能在初始阶段呈现H 型,当浓度较高时,可能表现为F 型,但统一起来仍属于L 型的不同区段。1/G L型1/cGG0/2 0 A L型cG F型cG H型clgG F型lgclgKn是一个经验值,不是由一个过程控制,一般适用于有机物单分子吸附适用于金属